Q550NQR1高强耐候钢焊接工艺研究

赵娇玉 黄凤龙 陈增有

(中车齐齐哈尔车辆有限公司 黑龙江 齐齐哈尔 161002)

Q550NQR1高强耐候钢焊接工艺研究

赵娇玉 黄凤龙 陈增有

(中车齐齐哈尔车辆有限公司 黑龙江 齐齐哈尔 161002)

通过焊接工艺试验，掌握Q550NQR1高强耐候钢材料的焊接性，并匹配合理的焊接材料，确定合适的焊接工艺规范参数，最终成功地应用于铁路货车产品的焊接生产。

Q550NQR1；TH650EW-Ⅱ；焊接工艺试验；焊接工艺

为适应我国铁路货车的发展方向，降低车辆自重，提高整车性能，满足快捷、重载铁路货车发展趋势对车辆轻量化的要求，中车齐齐哈尔车辆有限公司在某款煤炭漏斗车设计中采用了Q550NQR1高强耐候钢(以下简称Q550NQR1钢)。该钢材第1次被运用到铁路货车上，为确定合理的焊接工艺，保证焊接接头的质量满足技术条件及使用工况要求，对Q550NQR1钢的焊接性、配套焊接材料及焊接工艺进行了研究，同时根据产品实际生产结构特点，对Q550NQR1钢的焊接工艺和接头性能进行了试验及评定。

1 材料性能分析

1.1 材料化学成分

试验用Q550NQR1钢为某公司按照TB/T 1979《铁道车辆用耐大气腐蚀钢》标准生产的，交货状态为热轧，钢板厚度为12 mm，其化学成分的质量分数如下(括号中为标准值)：

w(C)=0.07%(≤0.16%)；w(Si)=0.24%(≤0.75%)；w(Mn)=1.39%( ≤2.00%)；w(S) =0.003%(≤0.08%)；w(Cu)=0.26%(0.20%～0.55%)；w(P)=0.014% (≤ 0.025%)；w(Ni)=0.14%(0.12%～0.65%)；w(Cr)=0.46%(0.30%～1.25%)。

1.2 材料的力学性能

通过常温下的拉伸试验、弯曲试验和夏比冲击试验，检测出Q550NQR1钢的常温力学性能指标如表1所示。

表1 Q550NQR1钢的力学性能

1.3 材料的焊接性分析

由表1可知，该钢材中含有Cu，Cu能提高钢材的强度和韧性，特别是耐大气腐蚀性能，缺点是在热加工时容易产生热脆，但是该钢种的Cu含量仅为0.26%，对钢材的焊接性无不良影响,且S、P等杂质含量较低,也不易产生热裂纹[1]。但采用国际焊接学会(IIW)推荐的碳当量计算公式[2]进行计算：

得到碳当量CE=0.41，说明母材具有一定的淬硬倾向。为降低淬硬倾向，应采取预热措施以减缓焊接接头的冷却速度，适当延长冷却时间，从而减少或避免淬火组织，同时也有利于氢的逸出。根据澳大利亚/新西兰标准(AS/NZS 1554.1)《结构钢的焊接》，确定该钢材的最低预热温度为50 ℃。

2 焊接工艺试验

结合Q550NQR1钢的强度及化学成分，选取型号为TH650EW-Ⅱ的配套焊丝，对Q550NQR1钢同种及异种钢材的对接接头、角接接头分别进行了焊接工艺评定试验，具体内容包括外观检测、无损检测、拉伸试验、弯曲试验、冲击试验、硬度试验和低倍金相试验。焊接方法采用熔化极活性气体保护焊(MAG)，保护气体为80%Ar+20%CO2，焊前进行75～100 ℃预热处理，多层焊时，层间温度控制为100～120 ℃，焊接参数如表2所示。

表2 焊接工艺参数表

3 焊接工艺试验结果及分析

3.1 焊缝检验及低倍金相结果

对焊接试件分别进行100%目测检验、磁粉检验及射线检验，检验结果表明焊缝成型良好，焊缝表面及焊缝内部无焊接缺陷。剖切试件，制备金相试样，焊接接头宏观金相图片如图1所示。用5倍放大镜观察焊接接头，没有未熔合、气孔、裂纹、夹杂等缺陷，与无损检测结果统一，说明采用该工艺参数焊接Q550NQR1钢具有良好的工艺适应性。

3.2 力学性能结果及分析

根据以上焊接工艺试验方案，共完成了8项焊接工艺评定试板的制作，并进行了相关力学性能试验，试验数据如表3所示。

Q550NQR1钢同种材质焊接试件的拉伸强度平均值为723 MPa，断裂位置为母材；Q550NQR1钢与Q450NQR1钢焊接试件的拉伸强度平均值为621 MPa，断裂位置为Q450NQR1钢的侧母材，拉伸结果表明焊缝接头强度满足要求，焊缝的硬度值比母材的硬度值要高，这与拉伸强度试验中断裂位置在硬度、强度较低的母材部分结果一致。焊缝及母材的-40 ℃冲击功均高于要求值，热影响区冲击值普遍高于焊缝中心，这与焊缝金属 Cr含量的提高会导致冲击韧性的下降有关。将上述检测结果与设计要求对比，确认采用上述工艺参数焊接Q550NQR1钢所得焊缝完全满足使用要求。

图1 金相图片

表3 接头力学性能试验结果

注*：d=4a即弯曲直径为板厚的4倍。

4 结论

(1) Q550NQR1钢需要焊前预热，预热温度在75～100 ℃之间，随着板厚的增加可以适当提高预热温度。

(2)Q550NQR1钢采用熔化极气体保护焊焊接时，对接、角接接头焊接工艺性良好。

(3)选定合适的焊接方法、工艺措施及焊接工艺参数，使用TH650EW-Ⅱ焊材焊接Q550NQR1钢，焊接质量合格，力学性能等指标符合技术条件的要求。

[1] 中国机械工程学会焊接学会.焊接手册(第2卷)：材料的焊接(第三版)[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2] American Society for Testing and Materials.ASME BPVE Sec Part A：Ferrous material specifications(SA-45l to the End)[M].New York：American Society of Machanical Engineers,2007.□

(编辑：林素珍)

2095-5251(2016)02-0047-02

2015-10-21

赵娇玉(1983-),女，硕士研究生学历,工程师,从事铁路货车用钢焊接工艺研究工作。

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